Forskarna menar att det redan idag finns för mycket koldioxid i atmosfären och halten fortsätter att öka. Utöver att minska utsläppen behöver vi också absorbera enorma mängder koldioxid för att hamna på en stabil nivå.

Det finns flera lösningar på detta, där omfattande skogsplantering är centralt, men det finns också en rad tekniska lösningar för att fånga in koldioxiden som kan spela en mycket viktig roll.

Det finns i huvudsak två olika metoder för detta, Carbon Capture and Storage (CCS) och Direct Air Capture (DAC). Det pågår en mängd projekt inom båda områdena och det finns även möjlighet att bygga olika affärsmodeller runt både CCS och DAC. Koldioxiden i atmosfären kan alltså vändas till en fördel, där nya tekniker tar tillvara på gasen och omvandlar den till olika produkter.

Carbon Capture and Storage - CCS

Redan 2019 pågick 51 olika projekt inom carbon capture and storage, eller CCS, i världen, en teknik som förhindrar att koldioxid släpps ut i atmosfären genom avskiljning och lagring. Antalet projekt fortsätter att öka.

CCS innebär att koldioxid som produceras av stora industrianläggningar fångas, komprimeras för transport och sedan injiceras djupt i en bergformation på en noggrant utvald och säker plats där den lagras permanent.

CCS är enligt de flesta forskare avgörande för att uppnå de globala utsläppsmålen och den enda möjliga tekniken som kan leverera stora utsläppsminskningar i många industriella processer som är avgörande för den globala ekonomin, som stål, cement och kemikalieproduktion.

I kombination med bioenergi som används för kraftproduktion eller biobränsleproduktion är BECCS, eller Bio Energy Carbon Capture and Storage, en av få tekniker som kan leverera negativa utsläpp i stor skala. CCS kan också tillämpas på kol- och gasskraftverk.

Tekniken har än så länge haft störst framgång i USA där projekt hittills har lagrat nästan 160 miljoner ton koldioxid. Enligt rapporten ”2018 Global Status of CCS” finns tio av världens operativa CCS-anläggningar i USA som tillsammans kan lagra 25 miljoner ton koldioxid per år, vilket motsvarar ungefär hälften av hela Sveriges årliga utsläpp.

Pilotanläggning för BECCS i Stockholm

Bio energy carbon capture and storage, BECCS, är alltså en variant av CCS som går ut på att fånga in och lagra koldioxidutsläpp från förbränning av biobränslen, exempelvis i ett kraftvärmeverk som producerar el och värme.

Stockholm Exergi ska installera en testanläggning för BECCS vid biokraftvärmeverket KVV8 i Värtan med potential att skapa en kolsänka på mer än två miljoner ton koldioxid per år. Det här gör det alltså möjligt att röra sig från minskade till negativa utsläpp. En rimlig tidplan är att ha en pilotanläggning byggd och i drift i mitten av 2020-talet och en fullskalig anläggning skulle dröja ytterligare några år, enligt Stockholm Exergi.

Direct Air Capture – DAC

Tänk dig att göra bränslen, plast och betong från luft. Det här är något som Direct Air Capture, eller DAC, kan göra verklighet av och tekniken har potential att skaka om vår nuvarande oljeindustri.

Genom att härma det som redan sker i naturen, DAC är enkelt uttryckt en slags industriell fotosyntes, så kan tekniken användas till att suga upp kol direkt ur atmosfären. Det här infångade kolet kan sedan användas i en mängd olika produkter.

Kol är en grundläggande komponent i alla livsformer på jorden men är också kärnan i tillverkningsindustri, energi och transporter, vilka samtliga är exempel på några av världens högst värderade branscher. De kommande tio åren kommer infångandet av kol direkt från atmosfären bli mer kostnadseffektivt. 2030 väntas CCU-industrin, carbon capture and utilization, vara enorm, enligt McKinsey.

Till skillnad från CCS kan DAC binda utsläpp som redan skett. DAC har historiskt avfärdats som för dyrt för att användas i praktiken, men ett flertal testanläggningar finns redan, kostnaderna har minskat kraftigt, och flera olika affärsmodeller utvärderas. DAC kan ses som en teknik som nu snabbt ändrar spelreglerna och är kapabel att suga upp stora mängder koldioxid ur luften var som helst, när som helst.

Första generationens CCS använde en teknik kallad Point Source Capture för att fånga upp koldioxid direkt från skorstenar och pumpa ner den under mark för permanent lagring. Begränsningen är då att anläggningen måste placera i direkt anslutning till stora industrier vilket ger dålig flexibilitet.

Med DAC finns inte detta problem. Anläggningen kan placeras var som helst helt oberoende av utsläppsmönster. Det här beror på att koldioxid distribueras jämt i atmosfären. Det finns lika mycket ovanför Stockholm som det gör i Sahara. För DAC-tekniken innebär den här jämna fördelningen att transportkostnaderna minskar.

Så hur fungerar det? Ett par olika tekniker har utvecklats där de vanligast förekommande involverar fläktar i industriell skala som flyttar omgivande luft genom ett filter. Efter detta används en kemisk adsorbent för att producera ett rent, lagringsbart flöde av koldioxid.

Målet för DAC – nå 100 dollar per ton

I oktober 2018 släppte amerikanska National Academy of Sciences, NAS, en rapport som förutspådde att DAC kommer att vara moget nog att användas globalt inom tre år. Estimatet från NAS visar att när väl priset på koldioxidinfångning går under cirka 100 dollar per ton så når tekniken ekonomisk viabilitet.

Målet på 100 dollar per ton bygger på att stora amerikanska kunder generellt betalar 65-110 dollar för koldioxid som används i kommersiella syften. Det här enligt en studie genomförd av Habib Azarabadi and DAC-pionjären Klaus Lackner, båda vid Arizona State University's Center for Negative Carbon Emissions.

Vid det här priset kommer DAC att vara ett kostnadseffektivt sätt att adressera de 10-20 procent av utsläpp som kommer att vara för svåra eller dyra att ta bort helt.

De tre mest framstående företagen inom DAC

Företag som Global Thermostat, Carbon Engineering och Climeworks är längst fram vad gäller DAC-tekniken och fångar nu in rekordstora mängder koldioxid från atmosfären.

Kanadensiska Carbon Engineering, som utvecklat DAC sedan 2009, är ett av de företag som kommit allra längst med tekniken. Inte minst har de visat att det nu är möjligt att suga upp koldioxid ur atmosfären för mindre än 94 dollar per ton. Detta är ett stort steg på vägen för en teknik som tidigare ansågs alldeles för dyr för kommersiell drift. Tidigare priser har legat runt 600 dollar per ton koldioxid. Carbon Engineering driver en testanläggning i kanadensiska Squamish sedan 2015 där det skapas ett bränsle, air to fules, som är kompatibelt med existerande bilar, lastbilar, fartyg och flygplan, vilket gör det möjligt att minska utsläppen dramatiskt utan modifiering, menar bolaget.

Carbon Engineering har fått betydande investeringar från bland andra Microsoftgrundaren Bill Gates, Oxy Low Carbon Ventures och Chevron Technology Ventures. Dessa investeringar kommer att accelerera en kommersialisering.

Schweiziska Climeworks har också fått in betydande investeringar och har ett samarbete med Coca-Cola. Bland annat används deras anläggning i schweiziska Hinwil till att pumpa koldioxid in i växthus där tomater och gurkor odlas.

På island finns en annan av företagets pilotanläggningar där man nu bland annat ser sig om efter potentiella företagskunder som vill kompensera för sina utsläpp genom tjänsten.

På den isländska anläggningen fångas koldioxiden genom att lufts sugs in genom en vägg av fläktar och blandas med vatten, som sedan pumpas 700 meter ner i jorden. Tillsammans med basalten i berggrunden blir detta till sten på mindre än två år och är bundet miljontals år framåt utan risk att läcka ut.

Koldioxid binds i sten naturligt men då tar processen hundratusentals år. Att reaktionen sker så snabbt vid det isländska kraftverket, där DAC-anläggningen drivs, antas vara den kemiska sammansättningen hos basalten i berggrunden. Det är goda nyheter eftersom den typ av basalt som finns på Island också finns i stora mängder globalt. Det skulle alltså vara möjligt att bygga liknande kraftverk över hela världen.

Amerikanska Global Thermostat har en anläggning i Huntsville, Alabama där de fångar in koldioxid för motsvarande 1200 kronor per ton. I större skala menar bolaget att de kan komma ner i priser runt 500 kronor per ton.

Bränsle från luften

Kunskapen om hur det är möjligt att konvertera luft till bränsle har funnits i åtminstone 100 år, det är trots allt metoden alla växter använder för att växa. Men fram till och med nu har det inte funnits någon billig och riklig koldioxid källa.

I miljoner år har växter tagit upp koldioxid och omvandlat det till socker via fotosyntes. Efter detta har växterna antingen förbrukat sockret direkt eller, via högt tryck och lång tid, under jordytan konverterat det till kolvätebränslen.

Teoretiskt sett är detta inte svårt att göra. Processen kräver två steg: först separeras väte från vatten via elektrolys, sedan resulterar Sabatier-reaktionen (1897) och Fischer-Tropsch-processen (1925) tillsammans i att kolmolekylen i koldioxiden binds till vätemolekyler för att därigenom skapa kolvätebränslen, precis som de vi köper på bensinstationer eller använder i våra spisar.

I huvudsak använder DAC solenergi, eller andra förnybara energikällor, för att fånga koldioxid ur luften, binda den med vätemolekyler och skapa brännbara bränslen molekylärt identiska med naturgas och diesel. Med andra ord efterliknar processen ett batteri i sin metod för energilagring. Den tar energi från solen och lagrar den i en permanent exploaterbar bränslekälla. Mycket snart kommer vi verkligen att kunna göra bränsle ur ”tunna luften”.

Föreställ dig en värld som drivs av koldioxidneutrala bränslen. Fördelarna är många. Bland annat använder DAC-bränslen samma infrastruktur i form av ledningar, bensinstationer och liknande som redan användas i vår befintliga fossila bränsleekonomi. Men det kanske mest spännande är att DAC skulle kunna utjämna bränslekostnader över hela världen och demokratisera omedelbar tillgång till bränslen. Regioner som för närvarande drabbas av höga bränslepriser på grund av omfattande transporter kommer att kunna köpa sitt eget bränsle, oavsett geografi.

Men bränslen baserade på infångad koldioxid är bara ett av många spännande exempel på DAC: s potential.

Andra produkter baserade på DAC-tekniken

De närmaste decennierna finns förutsättningar att bygga upp en bransch som tillhandahåller en betydande andel av världens plast och byggnadsmaterial ur luften.

Ett är exempel betong, ett av de mest använda materialen på jorden, som nu står för sju procent av de globala koldioxidutsläppen. Genom att injicera koldioxid i cement när den tillverkas stärks blandningen och ger en mycket stabilare slutprodukt. Den här processen binder också koldioxiden permanent till cementen vilket kompenserar en stor del materialets höga klimatpåverkan. Fram till och med nu har vi dock inte haft någon billig och riklig källa till koldioxid för att uppnå detta, men med nuvarande DAC-teknik, och vidare utveckling, kan leverantörer, som CarbonCure, nu producera betydligt mer robust cement till lägre kostnader.

Ett annat exempel är Carbon Upcycling UCLA som använder koldioxid för att skapa en produkt som kallas CO₂NCRETE. Detta är en produkt som motsvarar betong men vars fotavtryck i fråga om koldioxidutsläpp är ungefär 50 procent lägre än traditionellt betong. Carbon Capture Machine, Newlight och Carbicrete är ytterligare exempel på företag som tar fram fasta koldioxidbaserade ämnen som kan användas i olika applikationer.

Kombination av biologi och teknik

Det pågår även forskning där en kombination av teknik och biologi används för att lagra stora mängder koldioxid.

Ett sådant initiativ är Biosolar Leaf, ett samarbete mellan Imperial College i London och startup-företaget Arborea. Tekniken kommer att pilottestas på universitetets White City campus och ska enligt forskarna kunna absorbera koldioxid och släppa i från sig syre motsvarande 100 träd på en yta motsvarande ett träd.

Uppfinningen som kultiverar mikroalger och fytoplankton på solpanelstrukturer kan installeras både på mark och på tak. Forskarna menar att biosolar leaf kan fånga koldioxid, släppa ifrån sig syre i atmosfären och skapa näringsrikt växtprotein på samma gång.